올바른 석영 농축 공정을 선택하는 방법은?

시간:2025년 9월 5일

석영 농축의 주요 목표는 원석석영으로부터 철, 알루미늄, 칼슘, 티타늄 및 기타 미네랄 포함물과 같은 불순물을 제거하여 석영의 순도를 높여 특정 산업 기준을 충족시키는 것입니다. 이러한 기준은 최종 용도에 따라 일반 유리 제조에서부터 광전지 유리, 전자급 실리콘 및 고급 세라믹에 이르기까지 매우 다양합니다. 농축 과정은 불순물 유형, 발생 방식 및 최종 제품 요구 사항에 따라 유연하게 설계되어야 합니다.

광석 특성과 순도 목표 이해하기

전처리 전에 철저한 화학 분석과 광물학적 특성화가 필수적이며, 이는 공정 선택의 기반이 되는 두 가지 중요한 요소를 결정하는 데 필요합니다:

1. 불순물 유형 및 분포

자유 철 광물(예: 헤마타이트, 자철광): 자기 분리가 불순물 제거를 위한 선호 방법입니다.
알루미노실리케이트 광물(예: 장석, 운모): 부유법은 일반적으로 이러한 비자성 불순물을 분리하는 데 사용됩니다.
격자 포함물(예: 석영 결정 격자에 포함된 철 또는 티타늄 원자): 이러한 물질은 효과적인 제거를 위해 후속 산 침출 또는 고온 처리가 필요합니다.

2. 순도 요구 사항

표준 유리 등급 석영 모래SiO₂ ≥ 99.5%, Fe₂O₃ ≤ 0.05%
태양광 등급의 석영 모래SiO₂ ≥ 99.99%, Fe₂O₃ ≤ 0.001%
전자급 석영SiO₂ ≥ 99.999%, 거의 불순물이 없음

전형적인 석영 농축 공정 흐름

쿼츠 광물 처리 과정은 일반적으로 분쇄, 분쇄, 전처리 불순물 제거, 세밀한 정제 및 농축의 순차적인 과정을 따릅니다. 각 단계는 원하는 순도와 입자 크기를 달성하기 위해 맞춤화된 방법을 사용하여 특정 불순물 유형을 목표로 합니다.

1. 분쇄: 분쇄를 위한 광석 준비

초기 파쇄 단계는 대형 원석 블록을 분쇄에 적합한 크기로 줄이는 데 필수적입니다. 일반적으로 조파쇄와 미세파쇄의 조합이 적용됩니다.

사단 분쇄조 크러셔는 큰 광석 덩어리를 작은 조각으로 분해하는 데 일반적으로 사용됩니다.
미세 분쇄충격 분쇄기 또는 콘 분쇄기는 입자 크기를 10–30 mm 범위로 추가 감소시켜, 후속 분쇄를 위한 공급 크기를 최적화합니다.
선별: 분쇄 후, 진동 스크린이 재료를 분류하여 과도한 입자를 제거하고 연삭 단계에 균일한 공급 크기를 보장합니다. 이는 연삭 부하를 줄이고 분리 효율성을 개선합니다.

2. 전처리: 조잡한 불순물 제거 및 해방 준비

세척 및 탈미세화고토나 진흙 함량이 높은 석영 광석(예: 풍화된 석영 모래)의 경우, 나선형 분류기나 휠 세척기와 같은 세척 장비가 느슨한 점토와 미세 슬라임을 제거합니다. 이는 미세 입자가 석영 표면에 붙는 것을 방지하여 하류의 분리 공정에 방해가 될 수 있습니다.
스크리닝 및 분류진동 스크린은 크기별로 석영 입자를 추가로 분리하여 조제에 적합한 분획을 고립시키고 화강암 및 방해 광물과 같은 큰 덩어리를 제거하여 분쇄 에너지 소비를 줄입니다.

3. 분쇄 및 해방: 내재된 불순물 노출

석영 광석은 종종 석영 결정과 밀접하게 자생하는 불순물 광물을 포함하고 있습니다. 광물 해방을 달성하기 위해 분쇄가 필요합니다.

전형적인 장비볼 밀 또는 로드 밀을 사용하며, 석영 입자 형태를 보존하기 위해 과도한 분쇄를 최소화해야 하는 경우에는 로드 밀을 선호합니다.
분쇄 입도필요한 곱기는 불순물 입자의 크기에 따라 다릅니다. 굵은 철 광물 포함물(50-100 μm)의 경우, 200 메시에 30%-50% 통과하도록 분쇄하는 것이 일반적으로 충분합니다. 더 미세한 포함물(<20 μm)의 경우, 325 메시에 80% 통과하거나 더 미세하게 분쇄해야 할 수 있습니다.

4. 정화

이 중요한 단계는 불순물 유형에 맞춰 여러 방법을 결합합니다:

정화 방법	목표 불순물	원리 및 장비 세부사항
자기 분리	철과 티타늄 함유 광물 (Fe₃O₄, TiO₂)	자기 투과성의 차이를 이용하여 고강도 자기 분리기(1.5–2.5 테슬라)를 통해 Fe₂O₃ 함량을 0.01% 이하로 감소시킵니다.
부유 분리	장석, 운모, 방해석	슬러리 pH를 조절합니다(예: 황산을 사용하여 pH 2-3으로 조정)하고, 펠드스파에 대한 아민과 같은 집합제를 추가하여 불순물이 기포에 붙어 떠오르게 하고, 석영은 가라앉게 합니다.
산 침출	격자 포함물 및 용해성 염	강산(HCl, H₂SO₄, HF)을 사용하여 내부 철, 알루미늄, 칼슘 불순물을 용해시킵니다. 이는 초고순도 석영(예: 태양광용)에 필수적이며, 폐수 중화 및 처리가 필요합니다.
중력 분리	고밀도 규화 광물 (예: 바륨 광석)	쿼츠(2.65 g/cm³)와 더 무거운 광물의 밀도 차이를 활용하여 일반적으로 초기 단계에서 진동 테이블이나 나선형 농축기를 사용합니다.

5. 집중

탈수 및 건조진공 필터 또는 필터 프레스는 농축액에서 물을 제거한 후, 입자 응집을 방지하기 위해 수분 함량을 0.5% 이하로 줄이기 위해 건조합니다.
분류 및 최종 철 제거공기 분류기는 정밀한 입자 크기 분포 제어를 제공하며, 영구 자석 드럼 분리기는 제품 사양이 충족되도록 최종 철 불순물 검사를 수행합니다.

올바른 석영 농축 공정을 선택하는 방법은?

석영 농축의 복잡성은 요구되는 제품 순도와 입자 크기와 직접적으로 관련이 있습니다.

건설 및 유리 품급 석영: 세척, 스크리닝, 자성 분리를 포함하는 간단한 공정; 부유 및 산 침출이 필요 없어 비용이 절감됩니다.
태양광 및 전자기기용 규소: 여러 정제 단계가 필요합니다: 세척 → 분쇄 → 반복 자석 분리 → 부유 (정장석을 제거하기 위한 역부유 포함) → 산 침출 (HF + HCl) → 선택적 고온 정제 단계. 이러한 단계는 불순물을 ppm 수준으로 줄입니다.
초고순도 석영(예: 반도체 응용): 위의 내용에 추가하여, 수성 급냉(쿼츠 결정의 파괴와 내부 불순물 노출을 위해) 및 이온 교환 공정(용해 가능한 불순물 제거를 위해)과 같은 고급 방법이 사용되어, 공정의 복잡성과 비용이 크게 증가합니다.

석영 제련은 목표 불순물 제거에 의존합니다: 첫째, 자세한 광물학적 및 화학적 특성 분석을 통해 불순물 유형을 식별합니다; 그 다음으로 해방, 분리 및 정화의 논리적 순서가 적용됩니다. 자석 분리와 플로테이션이 결합되어 중간에서 낮은 순도의 석영 업그레이드의 근본을 형성하며, 산 침출 및 고급 정화 기술은 고순도 석영 생산에 필수적입니다.